Soluciones
energéticas sostenibles: un estudio sobe estrategias para el uso de gas
asociado a la extracción de petróleo en la industria ecuatoriana
Susta=
inable
energy solutions: a study on strategies for the use of g=
as
associated with oil extraction in Ecuadorian industry<=
span
lang=3DEN-US style=3D'font-size:14.0pt;line-height:115%;mso-bidi-font-famil=
y:"Times New Roman";
mso-ansi-language:EN-US'>
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1 |
Sandra
Elizabeth Travez Osorio |
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https://orcid.org/0000-0002-4546-4541 |
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Investigadora
independiente |
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2 |
Carlos Jeanpier Yagos
Arias |
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https://orcid.org/0009-0000-4978-2574 |
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Universidad de las
Fuerzas Armadas. Carrera de Petroquímica, Departamento de Ciencias de la
Energía y Mecánica. Ecuador. |
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Investigador
independiente. Maestrante en Ingeniería en Petróleo y Gas Natural de la
Universidad de Buenos Aires |
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Juan Carlos Tapia Mol=
ina https://orcid.org/0009-0008-377=
7-7901 Magister en Petróleos
Mención en Procesos de Producción e Industrialización de Hidrocarburos |
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Artículo de
Investigación Científica y Tecnológica Enviado: 11/01=
/2024 Revisado: 13/0=
2/2024 Aceptado: 04/0=
3/2024 Publicado:05/0=
4/2024 DOI: https://doi.org/10.33262/ap.v6i2.467 <=
span
style=3D'mso-spacerun:yes'> =
=
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lang=3DEN-US style=3D'font-size:11.0pt;line-height:115%;mso-fareast-font-=
family:
Calibri;mso-bidi-font-family:"Times New Roman";color:blue;mso-font-kernin=
g:
0pt;mso-ligatures:none;mso-ansi-language:EN-US'> |
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Cítese: |
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Trávez Osorio, S. E., Yagos Aria=
s,
C. J., Endara Laguaquiza, J. S., & Tapia Molina , J. C. (2024).
Soluciones energéticas sostenibles: un estudio sobe estrategias para el u=
so
de gas asociado a la extracción de petróleo en la industria ecuatoriana. =
AlfaPublicaciones,
6(2), 52–72. https://doi=
.org/10.33262/ap.v6i2.467 |
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ALFA PUBLICACIONES, es una revista
multidisciplinar, trimestral, que se publicará en soporte electrón=
ico
tiene como misión contribuir a la formación de
profesionales competentes con visión humanística y crítica que sean capac=
es
de exponer sus resultados investigativos y científicos en la misma medida=
que
se promueva mediante su intervención cambios positivos en la sociedad.&nb=
sp;ht=
tps://alfapublicaciones.com
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span
style=3D'font-size:8.0pt;line-height:115%;mso-fareast-font-family:Calibri;
mso-bidi-font-family:"Times New Roman";mso-font-kerning:0pt;mso-ligatures:
none'>Esta revista está protegida bajo una licencia Creative Commons
Attribution Non Commercial No Derivatives 4.0 International. Copia de la
licencia: http://creativecom=
mons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
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Palabras claves: Gas asociado, Generación eléctrica, primus SGT+, reinyección de gas,
factor de recuperación. |
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Resumen Introducción: Por añ=
os
en la industria ecuatoriana del petróleo & gas, la producción de
hidrocarburos genera gas asociado, que en la actualidad mayormente es
quemado, aunque existen normativas medioambientales que exigen un control=
de
emisiones para el cumplimiento de buena calidad del aire. La iniciativa
mundial “Cero quemas regulares de gas para 2030” de la que Ecuador es par=
te, impulsa
el cambio hacia la utilización del gas frente a la quema en teas. Este ar=
tículo
propone estrategias como la generación de energía eléctrica, la conversió=
n de
gas en líquido y la reinyección de gas para mejorar la sostenibilidad y la
eficiencia de los recursos, en consonancia con el Objetivo de Desarrollo
Sostenible 13. Objetivo: Proponer tres estrategi=
as
para el aprovechamiento del gas asociado, utilizando datos de la Agencia =
de
Regulación y Control de Energía y Recursos Naturales no Renovables de Ecu=
ador
y EP Petroecuador se asume un gas dulce, con las estrategias propuestas q=
ue son;
generación de electricidad; proceso de síntesis de gas a gasolina STG+ y =
reinyección de gas en recuperación secundaria. <=
/span>Metodología: El presente es un estud=
io
cualitativo y comparativo de tres opciones estratégicas para el uso de gas
asociado en la industria ecuatoriana del petróleo & gas. Se detalla y
explica desde la teoría los fundamentos y funcionamiento de cada estrateg=
ia.
Se ha asumido la presencia de gas asociado dulce, los todos usados para e=
ste
estudio fueron obtenidos de reportes oficiales de la agenci=
a de
regulación y control de energía y recursos naturales no renovables de
Eduador, asi como otras fuentes confiables de informacion. Resultados: El dar uso al gas asociado mediante generación
eléctrica con turbinas de gas podría ahorrar $1801,8/día o $1831,8/mes en
costo de consumo eléctrico. La síntesis de gas a gasolina STG+ podría cos=
tar
$167-440 millones con un TRC estimado de 3 a 6 años. En cuanto a la reiny=
ección de gas en recuperación secundaria, aumentaría
la recuperación de crudo hasta 20% y reduce el impacto ambiental. =
Conclusiones: Se concluye que las estrategias planteadas son so=
stenibles,
variables económicamente apuntan a mejorar la eficiencia energética y med=
ioambiental.
La generación de electricidad con gas asociado reduce el costo energético=
y disminuye
las emisiones de gases de combustión de las teas. La síntesis de gas a
gasolina STG+ es rentable y sostenible y coadyuva a reducir de la huella =
de
carbono. Finalmente, reinyección de
gas en recuperación secundaria ayuda a la extracción de crudo y se
adapta a las características del reservorio, además, mitiga riesgos
ambientales. Área de estudio general: =
Oil &a=
mp;
gas. Área de estudio específica: Gas
asociado. Tipo de estudio: caso =
de
estudio, revisión bibliográfica. |
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Keywords: Associated gas, power generat=
ion,
primus SGT+, gas reinjection, recovery factor, technology, environment. |
|
Abstract Introduction: For years in the Ecuadorian oil & gas industry, hydrocarbon
production generates associated gas, which is currently mostly flared,
although there are environmental regulations that require emission control
for compliance with good air quality. The global initiative "Zero
Regular Gas Flaring by 2030", of which Ecuador is part, promotes the
shift towards the use of gas instead of flaring. This article proposes
strategies such as electric power generation, gas-to-liquid conversion and
gas re-injection to improve sustainability and resource efficiency, in li=
ne
with Sustainable Development Goal 13. Objetivo: Proponer tres estrategi=
as
para el aprovechamiento del gas asociado, utilizando datos de la Agencia =
de
Regulación y Control de Energía y Recursos Naturales no Renovables de Ecu=
ador
y EP Petroecuador se asume un gas dulce, con las estrategias propuestas q=
ue son;
generación de electricidad; proceso de síntesis de gas a gasolina STG+ y =
reinyección de gas en recuperación secundaria. <=
/span>Methodology: The present is a qualitative
and comparative study of three strategic options for the use of associated
gas in the Ecuadorian oil & gas industry. The fundamentals and operat=
ion
of each strategy are detailed and explained from a theoretical point of v=
iew.
The presence of sweet associated gas has been assumed, the all used for t=
his
study were obtained from official reports of the agency of regulation and
control of energy and non-renewable natural resources of Ecuador, as well=
as
other reliable sources of information. Results: Making use of the
associated gas through gas turbine power generation could save $1801.8/da=
y or
$1831.8/month in electricity consumption cost. Gas-to-gasoline STG+ synth=
esis
could cost $167-440 million with an estimated TRC of 3 to 6 years. As for=
gas
reinjection in secondary recovery, it would increase crude oil recovery u=
p to
20% and reduce environmental impact. Conclusions: It is concluded =
that
the strategies proposed are sustainable, economically variable aim to imp=
rove
energy and environmental efficiency. The generation of electricity with
associated gas reduces the energy cost and decreases the emissions of
combustion gases from the plants. Gas-to-gasoline synthesis STG+ is
cost-effective and sustainable and helps reduce the carbon footprint.
Finally, gas reinjection in secondary recovery helps crude extraction and
adapts to the characteristics of the reservoir, in addition, it mitigates
environmental risks. |
|
|||
Introducción<=
/o:p>
En la industria del petróleo y gas ecuatoriana, la
producción de hidrocarburos genera toneladas de gas asociado, el cual
mayormente es quemado es combustionado, aunque en la materia de las regiones
donde esto sucede las regulaciones ambientales obligan a controlar las
emisiones de gas, con la finalidad de tener una bue calidad del aire en
cumplimiento de las leyes ambientales y el artículo 14 de la Constitución d=
e la
República del Ecuador , reconociendo el derecho de los ciudadanos a un ambi=
ente
sano y ecológicamente equilibrado, asegurando el Sumak Kawsay como medio pa=
ra
lograr la sostenibilidad y el bienestar en las poblaciones vecinas. Según la
norma ISO 23251 referente a las industrias del petróleo y gas asociado, gas
natural: sistemas de alivio y despresurización, vinculada a las mejores
prácticas para instalaciones petroleras, las unidades de proceso en plantas=
y
refinerías deben contar con accesorios e instalaciones adecuadas para el al=
ivio
de presión, por lo que la eliminación de antorchas de quema de gas asociado=
a la
producción petrolera es cada vez más una realidad, ya que Ecuador es parte de
la iniciativa mundial denominada “Cero quema regular de gas para
2030”. Y es por ello por lo que, la industria ecuatoriana de tener premura =
en
el esfuerzo continuo de mejorar las tecnologías vigentes en el uso del gas
asociado.
El objetivo de este artículo científico es proponer tres
estrategias para el aprovechamiento del gas asociado, utilizando datos de la
Agencia de Regulación y Control de Energía y Recursos Naturales no Renovabl=
es
de Ecuador y EP Petroecuador se asume un gas dulce. Las estrategias propues=
tas
son las siguientes
·&nb=
sp;
Generación de
electricidad; en esta estrategia se propone el uso de turbinas de gas para
generar electricidad a partir del gas asociado.
·&nb=
sp;
Proceso de síntesi=
s de
gas a gasolina más STG; implica un proceso de síntesis para convertir el gas
asociado en gasolina de alta calidad, utilizando la tecnología syn gas to
gasoline plus (STG+).
·&nb=
sp;
Esta estrategia
consiste en reinyectar gas asociado en los yacimientos para mejorar la
recuperación secundaria de hidrocarburos.
Con las que buscan maximizar la utilización del gas
asociado, contribuyendo a la eficiencia energética y a la optimización de l=
os
recursos en el contexto de la industria petrolera en Ecuador.
Se propone estas estrategias
alineadas con el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 13 con el que se p=
retenden
optimizar la eficiencia energética, reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero y contribuir a la sostenibilidad medioambiental a mediano y lar=
go
plazo, idealizando el mitigar daños a las comunidades, los ecosistemas
circundantes y la infraestructura de procesamiento de petróleo en Ecuador.<=
/span>
Metodología <=
/o:p>
En este estudio, la metodolog=
ía
adoptada sigue un enfoque de investigación cualitativa, centrándose
específicamente en un análisis comparativo de tres opciones estratégicas
propuestas para la utilización del gas asociado en la industria ecuatoriana=
del
petróleo y el gas. El diseño de la investigación abarca una revisión
bibliográfica exhaustiva de los estudios, informes y datos industriales
existentes relativos a la extracción de petróleo y gas en Ecuador.
Dada la naturaleza del estudi=
o,
principalmente exploratorio y analítico, se considera apropiado un diseño de
investigación cualitativo para profundizar en las complejidades y matices de
las opciones estratégicas propuestas. Mediante una síntesis de la bibliogra=
fía
y los datos pertinentes, este estudio pretende aportar valiosas ideas y
recomendaciones a los responsables políticos, las partes interesadas del se=
ctor
y los investigadores interesados en optimizar la utilización de los recurso=
s de
gas asociado en el contexto ecuatoriano.
Estrategia 1: Generación eléctrica <=
/o:p>
El gas asociado, una vez acondicionado, puede utilizarse=
en
la generación de electricidad en función de su caracterización y poder
calorífico, debido al enfoque de esta investigación se propone la generació=
n de
electricidad para un gas dulce, con alto contenido de metano. Teniendo en
cuanta que, la turbina se ha diseñado para extraer energía de un fluido en
movimiento y convertirla en energía útil, dentro de este dispositivo, las
partículas del flujo a alta velocidad sufren un cambio en su dirección de
movimiento, lo que da lugar a una variación del momento y, en consecuencia,=
a
una fuerza (Ulloa-de Souza, 2023).
Las turbinas de gas en función de su diseño tienen un mo=
tor
de combustión interna que sirve como dispositivo de conversión de energía,
transformando la energía almacenada en el combustible en energía mecánica ú=
til
en forma de potencia rotacional. El término "gas" se refiere al a=
ire
ambiente introducido en el motor y utilizado como medio de trabajo en el
proceso de conversión de energía (Solar Turbines a Caterpillar Company, 202=
4). Por
lo tanto, una turbina es un dispositivo que aprovecha la energía cinética d=
e un
fluido, como el agua, el vapor, el aire o los gases de combustión, y la
convierte en movimiento de rotación del propio dispositivo (Sidebotham, 202=
2).
La generación de electricidad a partir del gas <=
/span>
Se produce mediante centrales de ciclo convencional o de
ciclo combinado. También puede lograrse mediante micro generación, una
producción combinada de energía eléctrica y térmica a partir de una única
fuente de energía primaria de baja potencia. El uso del gas como combustibl=
e en
la generación de electricidad en centrales de ciclo combinado ofrece dos
ventajas significativas: mayor eficiencia energética y menor impacto ambien=
tal.
El ciclo combinado (turbina de gas y turbina de vapor) permite un
aprovechamiento óptimo del calor de combustión, lo que se traduce en una
eficiencia superior al 55%, mientras que las centrales térmicas tradicional=
es
tienen eficiencias que no superan el 35%.
Además, las centrales de ciclo combinado son más flexibl=
es
que las convencionales, capaces de funcionar a plena carga o a carga parcial
según las necesidades. El gas se quema en un quemador de turbina de gas que
acciona un generador para producir electricidad. Los gases de escape calien=
tes
de la turbina de gas se dirigen a un generador de vapor con recuperación de
calor (HRSG) para generar vapor subcrítico o supercrítico. Este vapo=
r se
envía a una unidad turbina/generador para producir electricidad adicional y,
posteriormente, pasa por un condensador para convertirse de nuevo en agua
desmineralizada. En este proceso se utilizan varias bombas, como bombas de =
agua
de alimentación de caldera (FWD), bombas de extracción de condensado (CED),
bombas de agua de refrigeración (CWP),
bombas de inyección de combustible, bombas de alivio de NOx, bombas de
reposición y otras bombas de servicios auxiliares, como se muestra en la fi=
gura
siguiente. La cogeneración con turbina de gas es un proceso en el que la
generación de energía con turbina de gas se combina con la generación de va=
por
para mejorar la eficiencia (Sulzer, 2024).
Figura 1
Central eléctrica =
de
combustión de gas
Fuente: FWP es la bomba de agua de alimentación (Feed wa=
ter
pump). CEP, es bomba de extracción de condensado (Condensate extraction pum=
p) y
CWP es bomba de agua de refrigeración (Cooling water pump) (Sulzer, 2024). =
Según Cogenera México (2024), las turbinas de gas son
capaces de generar energía mecánica mediante la combustión de una mezcla de
combustible y aire, con temperaturas que oscilan entre 280 y 700°C a la sal=
ida
de la turbina. Estas turbinas funcionan según el ciclo Brayton, que consta =
de
un compresor, una cámara de combustión y una turbina de gas. Tienen una amp=
lia
gama de aplicaciones, como la propulsión y la generación de electricidad, c=
on
potencias de hasta 500 MW. Las turbinas de gas ofrecen ventajas como un alto
rendimiento, tiempo de arranque rápido y requisitos de espacio mínimos, pero
también tienen limitaciones como un rendimiento reducido a cargas parciales=
y
limitaciones de combustible (Lozano, 1998; Aguilar, 2023).
La cogeneración con turbinas de gas destaca por su
eficiencia, sus bajos costes de inversión. Esta tecnología es alabada por su
versatilidad y sus beneficios medioambientales, ya que reduce las emisiones=
de dióxido
de carbono (CO2) hasta en un 75% y ofrece un importante ahorro de
costes a las industrias. Las turbinas de gas pueden quemar distintos combus=
tibles,
como gas natural o asociado, gasóleo, biogás, gas de vertedero y gas de
síntesis, lo que las hace adaptables a diversas condiciones ambientales de =
la
industria oil y gas en Ecuador y fuentes de combustible (Aguilar, 2023).
La selección de la turbina óptima para la generación de
electricidad utilizando gas asociado procedente de la explotación petrolífe=
ra
en Ecuador depende de varios factores, como la cantidad y calidad del gas
disponible, la capacidad de generación de la planta, los objetivos de
eficiencia energética y de costes, así como las condiciones medioambientale=
s y
operativas específicas del emplazamiento. Las turbinas más recomendadas par=
a la
generación eléctrica son; General Electric (GE), Siemens y Mitsubishi. No
obstante, Para el sector del petróleo y el gas de Ecuador, GE es famosa por=
sus
eficientes turbinas de gas y su fiable tecnología de generación de energía =
(General
Electric, 2024).
Por otro lado, para el desarrollo de cálculos de generac=
ión
eléctrica se utilizará Python, el cual combina el conocimiento de los
principios de generación eléctrica con las capacidades de programación de
Python y librerías especializadas para realizar análisis detallados,
simulaciones y optimizaciones en sistemas de generación eléctrica.
Estrategia 2: Proceso de síntesis de gas a
gasolina SGT+
El proceso que emplea la tecnología MTG permite converti=
r el
gas de síntesis derivado del gas natural o asociado en gasolina y combustib=
le
para aviones a través de un proceso termoquímico de circuito único (LaMonic=
a,
2012).
El proceso STG + se basa en 4 paso principales en un cic=
lo
de proceso continuo. Este proceso consta de 4 reactores de lecho fijo en se=
rie
en los que un gas de síntesis se convierte en combustibles sintéticos. Los
pasos para producir gasolina sintética de alto octanaje son los siguientes =
(Primus
Green Energy, 2013).
Inicialmente se hará un pretratamiento del gas de
alimentación para eliminar las impurezas como azufre o compuestos de halóge=
nos,
estos deben eliminarse mediante procesos de desulfuración y eliminación de
halógenos para evitar la contaminación del catalizador en etapas posteriore=
s.
Seguidamente se sintetizará metanol como primera fase en donde se convertir=
á la
mayor parte del gas en metanol, pasará luego a la segunda fase en donde se
obtendrá éter dimetílico (DME) a través de un catalizador, como tercera fas=
e se
sintetizará la gasolina que contine hidrocarburos sin enlaces doble y tripl=
es
para finalmente tartar esta gasolina con el proceso de transalquilación e
hidrogenación en donde se separa esta mezcla para condensar y obtener gasol=
inas
sintéticas compuesto de parafinas, cadenas aromáticas y naftenos. Los
diferentes productos obtenidos, incluida la gasolina, se mezclan en las
proporciones adecuadas para obtener los productos finales deseados, como
gasolina plus de alta calidad.
La conversión de gas asociado en líquidos (GTL) es una
estrategia atractiva para las empresas petroleras en Ecuador, especialmente=
en
el contexto del gas dulce. El gas dulce, que contiene bajos niveles de azuf=
re y
otros contaminantes, es una materia prima valiosa que puede aprovecharse de
manera más eficiente a través de procesos GTL.
Al transformar el gas en líquidos como gasolina, gasóleo=
o
queroseno, las empresas petroleras pueden generar productos de mayor valor
añadido que son más fáciles de transportar, almacenar y comercializar tanto=
a
nivel local como internacional. Esto no solo aumenta la rentabilidad de las
operaciones petroleras en Ecuador, sino que también contribuye a la reducci=
ón
de la huella de carbono en comparación con la combustión directa de gas.
La adopción de procesos GTL también promueve la
sostenibilidad medioambiental al utilizar de manera más eficiente los recur=
sos
naturales. En lugar de desperdiciar el gas asociado mediante la quema direc=
ta,
el GTL permite aprovechar al máximo este recurso al convertirlo en productos
líquidos de alto valor. Esto no solo reduce las emisiones de gases de efecto
invernadero, sino que también minimiza la contaminación atmosférica y el
desperdicio de recursos naturales.
Además, al alinear las operaciones petroleras con las no=
rmas
medioambientales vigentes, las empresas en Ecuador pueden mejorar su reputa=
ción
y cumplir con las expectativas cada vez mayores de los consumidores y los
inversores en cuanto a prácticas empresariales sostenibles.
Estrategia 3: reinyección de gas -
recuperación secundaria
El gas asociado se utiliza comúnmente para mejorar la
recuperación de petróleo o la eliminación de gases altamente contaminados d=
onde
los costos de reinyección son menores a los del tratamiento de gas. Este mé=
todo
se usa para mejorar la recuperación de petróleo entrampado manteniendo la
presión del reservorio. Es idóneo utilizar la reinyección en cantidades
reducidas de gas asociado, motivo que resulta antieconómico en la inversión
para la distribución de gas (Khalid et al., 2022).
Algunos países especialmente Canadá y Estados Unidos, han
permanecido en la vanguardia de las inundaciones de gas de petróleo la cual
tiene mayor proporción en la producción de EOR. China empezó tarde pero
rápidamente logró exitosas pruebas piloto en yacimientos petrolíferos y ent=
ro
etapa de prueba expandida. Sin embargo, se encuentra todavía en su conjunto=
en
la fase de prueba piloto, que actualmente se está abordando y centrando
notablemente en su atención (Liu et al., 2020).
Método de
inyección de gas
Después de las técnicas térmicas para petróleo pesado es=
ta
la inyección de gas el cual es el segundo enfoque más importante de EOR. Po=
r lo
general, el gas se inyecta con agua para ampliar el contacto del gas en la =
roca
reservorio. Esta técnica fue creada para mejorar el control del perfil de
inundaciones. En comparación con una simple inyección de agua, el aumento d=
e la
eficiencia del barrido microscópico en gas y la mejora de la eficiencia del
desplazamiento macroscópico en agua mejoran en gran medida el petróleo
producido (Li et al., 2023).
Recientes tipos de investigación lo representan como el
enfoque más exitoso para los yacimientos shale. En general, el gas se puede
inyectar en el yacimiento de tres maneras: Inyección alternada de agua y gas
(WAG), inundación continua y método de Huff y Puff (HnP), cada una de las
cuales tiene su propia variedad de ventajas y desventajas (Li et al., 2023)=
.
Inundación
continua de gas
En este proceso, se inyecta gas continuamente, mientras =
que
se produce petróleo continuamente. Para generar miscibilidad entre gas y
petróleo se utilizan el proceso multicontacto, mecanismos de condensación o
vaporización, o su combinación. La inyección de gas para impulsar el petról=
eo a
la superficie desde el pozo de producción se conoce como inundación continu=
a de
gas
Inyección
alternada de agua y gas
Hoy en día, el método WAG se aplica en casi todos los
procesos de inyección de gas. Los bajos factores de recuperación en
aplicaciones de campo WAG han impulsado una extensa investigación sobre el
proceso, lo que ha llevado a valores optimizados para la relación WAG y
limitaciones de baja inyectividad. A pesar de estos avances, el desempeño d=
el
campo WAG sigue siendo deficiente (Li et al., 2023).
Para WAG se debe calcular el volumen total de gas a
inyectar, así como la relación agua-gas y la frecuencia (número de ciclos de
gas-agua). También se ha realizado inyección simultánea de gas agua (SWAG),
aunque debido a la inyección en varias fases requiere un seguimiento
exhaustivo. Debido a que cada yacimiento y petróleo tiene propiedades única=
s,
se debe analizar y simular el esquema de inyección exacto para las propieda=
des
de cada yacimiento (Li et al., 2023).
Método de H=
uff
y Puff
El gas se inyecta de forma cíclica, es una técnica EOR
cíclica del mismo pozo con dos períodos principales: inyección (huff) y
producción (puff), así como un período de cierre opcional (soak), después d=
e la
inyección para extender los efectos de difusión. El gas se disolvería y
expandiría el volumen de petróleo, logrando la miscibilidad en presiones de
inyección altas
Desarrollo
Estrategia 1: Generación eléctrica <=
/o:p>
El desarrollo de cálculos de generación eléctrica utiliz=
ando
Python implica el uso de librerías especializadas para realizar cálculos
matemáticos y manipulación de datos de forma eficiente. Python, al ser un
lenguaje de programación versátil y potente, se ha convertido en una
herramienta popular para simular y analizar sistemas de generación eléctric=
a,
para llevar a cabo este proceso, es esencial tener en cuenta los principios
básicos de la generación eléctrica, como la conversión de energía mecánica =
en
energía eléctrica a través de generadores. En Python, se pueden utilizar
librerías como NumPy para los cálculos numéricos, Pandas para la manipulaci=
ón
de datos y Matplotlib para la visualización de resultados.
El volumen de gas a considerar para este estudio según la
producción de gas natural, (se asume este valor como producción de gas asoc=
iado
en la producción de crudo en 24 horas) sujeto a control reportado por EP
Petroecuador (Agencia de Regulación y Control de Energía y Recursos Natural=
es
No Renovables, 2024) para el 26 de marzo son 20.605,76 MPCPD.
Las turbinas industriales de gas y las turbinas de ciclo
combinado de GE están diseñadas para ofrecer altos niveles de eficiencia
energética, pudiendo alcanzar eficiencias superiores al 40% en condiciones
ideales de operación (Takeishi, 2022). Sin embargo, es importante tener en
cuenta que la eficiencia real puede verse afectada por factores como la car=
ga
de la planta, tipo de gas, temperatura ambiente, la calidad del combustible=
y
mantenimiento adecuado del equipo (Brooks, 2019). Para obtener información
precisa sobre la eficiencia de una turbina GE para la industria oil and gas=
se
recomienda consultar con el fabricante.
La eficiencia de los generadores eléctricos usado en esta
industria depende de la tecnología, el mantenimiento y la carga de trabajo,=
por
lo que requiere un análisis exhaustivo para una selección óptima, por lo que
según Abramovich & Bogdanov (2021) se asumirá para este estudio una
eficiencia del 90%.
Se procedió a la creación del código que
calculo la generación eléctrica para una turbina de gas con un volumen de g=
as
asociado de 20,605.76 Millones de pies cúbicos estándar por día (
=
Figura
2
Calculo
en Python de la generación eléctrica en kilovatios por hora
Nota:
Python - Replit<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;line-height:150%;mso-bidi-font-family:"Times New =
Roman"'>
Tabla 1
Comparativa entre =
kW y
su costo en dólares
|
kWh<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;line-height:150%;mso-bidi-font-family:"Times Ne=
w Roman"'> |
8.75=
|
|
kW/día |
210 |
|
cUSD/kWh. |
8,58 |
|
cUSD/ kW/día |
1801,8 |
Nota: Tarifa industrial para el costo del servicio eléct=
rico
en Ecuador por kilovatios por hora en Ecuador (cUSD).
Estrategia 2: Proceso de síntesis de gas a
gasolina SGT+
La aplicación del proceso STG + implica una serie de eta=
pas
que involucra la conversión del gas de síntesis en hidrocarburos líquidos
utilizando catalizadores y condiciones específicas de temperatura y presión=
1.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Síntesis
de metanol: se alimenta con gas de síntesis al reactor 1, el primero de los=
4,
que convierte la mayor parte del gas de síntesis (CO y ) en metano=
l (
OH).
2.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Síntesis
de éter dimetílico (DME): el gas rico en metanol del reactor 1 se introduce=
en
el reactor 2 El metanol se expone a un catalizador y gran parte se conviert=
e en
DME, lo que implica una deshidratación del metanol para formar DME (=
OCH)
3.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Síntesis
de gasolina: el gas que sale del reactor 2 se introduce en el 3, que contie=
ne
el catalizador para la conversión de DME en hidrocarburos, incluidas parafi=
nas
(también llamadas alcanos, hidrocarburos sin enlaces dobles ni triples),
compuestos aromáticos, naftenos (cicloalcanos) y pequeñas cantidades de
olefinas (alquenos), principalmente de C6 (número de átomos de carbono en la
molécula de hidrocarburo) a C10.
4.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Tratamiento
de gasolinas: en el cuarto reactor se producen tratamientos de transalquila=
ción
e hidrogenación a los productos procedentes del tercero. Estos tratamientos
reducen los componentes de dureno (tetrametilbenceno)/isodureno y
trimetilbenceno, que se congelan a temperaturas relativamente altas y, por
tanto, deben minimizarse en la gasolina (el combustible solo se puede utili=
zar
en estado líquido). La gasolina sintética resultante tiene alto octanaje y =
las
propiedades viscométricas deseables.
5.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Separador:
Finalmente, la mezcla del reactor 4 se condensa para obtener gasolina. El g=
as
no condensado y la gasolina se separan en un condensador/separador
convencional. La mayor parte de este gas no condensado se devuelve al react=
or
1, dejando el producto de gasolina sintética compuesto de parafinas, cadenas
aromáticas y naftenos.
Estrategia 3: Reinyección de gas -
Recuperación secundaria
Proceso
El gas pasa por una o dos etapas de absorción durante la
cual entra en contacto con la solución de amina. Después de remover el H
Figura
3
Proceso de tratami=
ento
y reinyección de gas
Fuente: Kanakaki et al. (2023)
Resultados
Estrategia 1: Generación eléctrica <=
/o:p>
En base al resultado del cálculo en condiciones ideales =
se
puede afirmar que, el aprovechamiento de gas asociado producción de crudo d=
e un
día, podría generar un ahorro en la tarifa industrial del servicio eléctric=
o en
Ecuador por kilovatios por hora de $ 1801,=
8 por
día y alrededor de $ 1831,8 por mes.
La eficiencia de u=
na
turbina GE para esta industria varía dependiendo del modelo específico y de=
las
condiciones de operación del equipo. Cabe recalcar que, Siemens y Mitsubishi
también son fabricantes destacados en este campo; sin embargo, la exclusión=
de
estas marcas podría basarse en criterios específicos como los costes,
requisitos técnicos particulares de la central eléctrica, disponibilidad de
servicios de mantenimiento en Ecuador. Algunas opciones comunes para consid=
erar
incluyen, son; Turbina de gas industria, turbina de gas de ciclo combinado,
turbina de gas aero derivativa y microturbinas.
Estrategia 2: Proceso de síntesis de gas a
gasolina SGT+
Desde el punto de vista económico, estimado los costos
aproximadamente para montar un proceso de conversión de gas a gasolina plus=
en
una refinería con gas dulce podría estar en el rango de $167 a $440 millone=
s de
dólares, el costo puede variar significativamente según el alcance y la esc=
ala
del proyecto.
El tiempo de recuperación del capital (TRC) es el períod=
o de
tiempo necesario para recuperar la inversión inicial. Depende de los ingres=
os
generados por el proyecto y los costos asociados. Para estimar el TRC,
necesitamos considerar los siguientes factores:
·&nb=
sp;
Ingresos por venta=
s de
productos: Dependerán del precio de venta de la gasolina plus y otros produ=
ctos
derivados del proceso. Supongamos un ingreso anual de $100 a $200 millones =
de
dólares.
·&nb=
sp;
Costos operativos:
Incluyen costos de mantenimiento, energía, mano de obra, materias primas, e=
tc.
Supongamos costos operativos anuales de $50 a $100 millones de dólares.
Con estas estimaciones, el flujo de efectivo neto anual
podría estar en el rango de $50 a $100 millones de dólares.
Entonces, el TRC se calcularía dividiendo la inversión
inicial por el flujo de efectivo neto anual. Suponiendo una inversión inici=
al
de $300 millones de dólares:
(1)
Figura 2
Proceso
de síntesis de gas[EC1] a gasolina plus
Fuente: Primus Green Energy (2013)
Estrategia 3: reinyección de gas -
recuperación secundaria
Como resultado aumenta el factor de recuperación hasta e=
n un
20% de un reservorio. Debido a la inyección del gas que desplaza al petróleo
hacia la superficie. También reduc=
e el
impacto ambiental debido a que el gas inyectado no es toxico y causa
contaminación en comparación con otros métodos de recuperación primaria. La
rápida reducción en la tasa de producción se controla mediante la perforaci=
ón
de pozos productores, para mantener la presión del reservorio se selecciona=
un
pozo y se convierte en inyector de gas.
Análisis comparativo de estrategias
propuestas
En la industria del petróleo y el gas, es crucial analiz=
ar
distintas estrategias bajo altos índices de calidad, rentabilidad e innovac=
ión
tecnológica, de modo que los parámetros como el impacto medioambiental, la
eficiencia energética, la viabilidad económica y la innovación tecnológica =
(Chen et=
al.,
2021[EC2] )
son cruciales para este estudio. La primera estrategia de generación eléctr=
ica,
destaca la importancia del uso del gas, para optimizar la eficiencia energé=
tica
y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (Iddio et al., 2020)=
. El proceso de síntesis de gas a gasolin=
a SGT+,
apunta a la diversificación de las fuentes de energía e implantación de
energías renovables y reducción de la dependencia de los combustibles fósil=
es (Mead
& Denning, 2022). Finalmente, Reinyección
de gas en recuperación secundaria, busca mejorar la eficiencia de los
procesos de recuperación y minimizar el impacto medioambiental (Razak et al=
.,
2020). Se busca con estas estrategias contribuir a la sostenibilidad
medioambiental, la eficiencia y transición energética, en esta industria, c=
omo
se muestra en tabla 2.
Tabla
2
Comparación de
estrategias en impacto medioambiental y sostenibilidad
|
Estrategia |
Impacto medioambiental y
sostenibilidad |
Generación eléctrica
|
Minimiza el uso de combustibles
fósiles optimizando la eficiencia de la generación de energía y reduciendo
las emisiones |
|
Proceso de síntesis de gas a gaso=
lina
SGT+ |
Implanta fuentes de energía renovables y reduce la
dependencia de los combustibles fósiles derivados del petróleo. |
|
Reinyección de gas - Recuperación
secundaria |
Mejora la eficiencia de los proce=
sos
de recuperación de petróleo, reduciendo residuos y busca minimizar el imp=
acto
medioambiental. |
Debido
a que el 23 de enero de 2019, Ecuador se adhiere a la iniciativa mundial “C=
ero
quemas regulares de gas para 2030
Tabla
3
Comparación de
estrategias en viabilidad económica y rentabilidad
|
Estrategia |
Viabilidad económica y rentabilid=
ad |
Generación eléctrica
|
Se prevé reducir costes y aumenta=
r la
rentabilidad a largo plazo. |
|
Proceso de síntesis de gas a gaso=
lina
SGT+ |
Invierte en fuentes de energía renovables para reducir=
los
costes a largo plazo y garantizar el suministro energético. |
|
Reinyección de gas - Recuperación
secundaria |
Maximizar beneficios y reduce
significativamente residuos. Aumenta la eficiencia de recuperación de cru=
do. |
Ya
en 2024 las empresas lideres a nivel mundial prestadoras de servicios en es=
ta
industria, están trabajando en nuevas tecnologías para la reducción de la
huella de carbono
Tabla
4
Comparación de
estrategias en innovación y desarrollo tecnológicos
|
Estrategia |
Innovación y desarrollo tecnológi=
cos |
Generación eléctrica
|
Busca
aplicar tecnologías avanzadas de generación energía para mejorar la
eficiencia energética. |
|
Proceso de síntesis de gas a gaso=
lina
SGT+ |
Utiliza tecnologías de punta para aprovechar fuentes de
energía limpias y sostenibles. |
|
Reinyección de gas - Recuperación
secundaria |
Es unas técnicas innovadoras para
recuperación de petróleo, mejorando la eficiencia y minimiza el impacto
ambiental. |
Conclusiones
·&nb=
sp;
En conclusión, el
análisis de las tres estrategias presentadas revela la importancia de la so=
stenibilidad
medioambiental, la viabilidad económica, la innovación tecnológica, con el =
fin
de mejorar la eficiencia energética, reducir las emisiones y minimizar el
impacto en la calidad de aire en regiones pobladas circundantes a plataform=
as
de explotación petrolera.
·&nb=
sp;
La generación de
electricidad a partir de gas asociado, una vez acondicionado, representa una
importante oportunidad para la industria del petróleo & gas. Esta práct=
ica
no sólo permite utilizar un recurso que de otro modo se desperdiciaría, sino
que también contribuye a diversificar la matriz energética y a reducir las
emisiones de gases de efecto invernadero, ya que según los resultados de es=
ta
investigación el uso eficiente del gas asociado en la generación de
electricidad puede mejorar la eficiencia energética en plataformas de explo=
tación
de crudo. Esta estrategia alinea los intereses económicos con los objetivos
medioambientales, promoviendo un enfoque más sostenible y rentable para la
industria a largo plazo.
·&nb=
sp;
La aplicación del
proceso de conversión de gas a gasolina plus, es una estrategia rentable y
sostenible para las empresas petroleras en Ecuador, especialmente en el caso
del gas dulce. Al transformar este recurso en productos líquidos de mayor v=
alor
añadido, las empresas pueden aumentar su rentabilidad, reducir su huella de
carbono y promover prácticas más sostenibles que beneficien tanto al medio
ambiente como a la economía local e internacional. Es fundamental que las
empresas en Ecuador continúen explorando y adoptando tecnologías innovadoras
como el GTL para impulsar el desarrollo sostenible en el sector petrolero, =
el
tiempo de recuperación de capital se estima de 3 a 6 años dependiendo del c=
osto
del combustible.
· =
La reinyección del=
gas
asociado es una estrategia para mejorar la recuperación de petróleo. Se usa
principalmente en reservorios con baja permeabilidad y alta viscosidad, es
decir donde los mecanismos de drenaje no son suficientes para mantener la
presión del reservorio. La elección del gas depende de las características =
del
reservorio, la cual puede adecuarse con los diferentes métodos de inyección
mencionados. El proceso de endulzamiento permitirá eliminar los contaminant=
es
del gas asociado y posteriormente la deshidratación con el propósito de red=
ucir
riesgos en la inyección al reservorio.
Conflicto
de intereses
Los
autores declaran que no existen conflicto de intereses en relación con el
artículo presentado.
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